中英高校计算机专业“产出导向”课程教学设计对比与思考
作者： 任申元 李浥东 白慧慧作者简介 任申元（1992—），女，吉林吉林人。博士，讲师，主要研究方向为高性能计算、高性能计算与物理交叉学科。*通信作者 李浥东（1982—），男，山西大同人。博士，教授，主要研究方向为大数据分析、隐私保护和信息安全、智能交通等。
*通信作者
摘 要
在工科类专业的课程实施方案设计中，面向企业需求的“产出导向”理念逐渐成为全球高校的普遍共识。首先回顾分析了传统课程教学的弊端。其次，以英国华威大学计算机科学专业和中国北京交通大学计算机科学与技术专业课程为例，阐述了两校基于“产出导向”理念的本科课程顶层设计、授课环节、达成度评价等方面的具体做法。再次，对比分析两校“产出导向”课程建设思路的异同。最后，基于上述对比分析给出了后续持续建设的思考，以期在后续的专业课程建设方面博采众长，为工程教育和新工科建设提供若干思路。
关键词
产出导向；课程顶层设计；课程级项目；研讨课；达成度评价
中图分类号 G642.0 文献标识码 A 文章编号 1005-4634（2023）05-0080-05
0 引言
2016年中国成为《华盛顿协议》正式成员国之后，OBE（Outcomes-based Education）的理念开始深入人心。OBE即“产出导向”的教学，是工程教育认证推崇的教学模式。该模式以企业和行业需求作为教学产出，专业培养目标、毕业要求和课程等各个环节均以产出为导向展开设置，教学实施的各主体必须对学生应达到的能力有清楚的构想，采用合适的教学手段保证学生达到这些预期的教学目标，教师要在教学过程中指导学生主动参与、团队协作和探索创新[1]。
英国华威大学（University of Warwick）是一所研究型大学，创立于1965年，在办学之初就坚持“亲工商界”的理念，始终顺应时代发展，坚持与工商界合作，强调产学研深度融合，取得了优异的成绩[2-3]。华威大学制造集团是华威大学直接与工商业界建立合作关系的第一个标志性创新[4]。在 2019年发布的《卫报》大学排名中，华威大学是英国排名第5的工程类大学，其工程学院专业排名稳居英国前十，同时，该学院的课程已获得英国工程和技术学会（IET）的认证[5]。在英国政府评估的研究卓越框架排名（Research Excellence Framework 2014）中，计算机科学位列第2，具备出色的教学和研究实力。
北京交通大学为教育部直属高校，由教育部、交通运输部、北京市人民政府和中国国家铁路集团有限公司共建，是国家“211工程”“985工程优势学科创新平台”“双一流”建设高校，系统科学学科在全国学科评估中连续4次蝉联全国第1。2016年，作为教育部选定的两所高校之一，学校的工程专业国家认证接受了《华盛顿协议》国际专家的观摩考察，支撑我国正式加入《华盛顿协议》国际工程教育组织。学校现有15个工科专业通过工程教育专业认证（评估），标志着这些专业的人才培养质量得到国际认同，进入全球工程教育的“第一方阵”。其中，计算机科学与技术专业已经连续两次通过了工程教育专业认证。
本研究首先分析了计算机专业传统课程教学存在的弊端，并以两校的专业课程建设为例，分别对比了“产出导向”理念在课程安排、授课形式、达成评价等方面的具体做法。然后，对比分析两校“产出导向”课程建设思路的异同。最后，给出了“产出导向”理念在专业课程建设层面的进一步优化设想。
1 传统课程教学的弊端
1.1 教学目标缺乏导向性
确定课程教学目标是教学设计的首要问题，能否制定出明确、规范的教学目标关系着本门课程教学的成败。传统的专业课程目标普遍存在“重知识轻能力”的情况，即教学目标大部分针对的是知识目标，较少涉及能力目标，尤其是在用人单位特别关注的解决复杂工程问题能力、团队意识、沟通能力、终身学习能力等方面，传统的课程方案中缺乏主动考虑和设计。从“产出导向”的角度来讲，课程教学目标应该服从于专业的毕业要求和培养目标，着眼并落脚于学生能力培养。
1.2 授课方式难以支撑能力培养要求
课程教学环节用于保障课程教学目标的达成。目前，教学大纲中课程教学内容多是按教学知识点罗列，教学大纲中没有细化到每个教学活动支撑哪些教学目标。此外，课程教学活动方式单一，大多是知识点的灌输。学生难以厘清课程知识点之间的关联关系，更不清楚如何应用以解决实际问题。课程教学中设置的实验环节往往侧重于练习单一的知识点，这种浅尝辄止的做法制约了学生技术综合运用能力的提高。
1.3 教学目标缺乏达成度评价
现阶段，教学目标达成与否的判定往往采用单一的试卷或报告的方式，这种方式难以准确建立试题与知识目标或能力目标的对应关系，因此也就难以明确判定教学目标是否真正达成。事实上，采用单一的期末考试及实验报告，主要考核了学生对知识点的掌握程度，但缺乏对学生综合能力的考核，不能全面有效地评价学生的能力达成情况。
2“产出导向”课程设计与实施的具体做法
本研究以华威大学计算机安全和北京交通大学Web应用基础两门专业课程为例，对比分析“产出导向”理念在专业课程顶层设计方面的实施。
2.1 课程教学顶层设计
华威大学计算机专业计算机安全课程旨在教授学生关于计算机系统、网络和软件安全的知识和技能。该课程共32学时，其中包括20学时的教师授课、6学时的研讨课和6学时的实验课，此外，该课程还设置了183学时的自学课时要求。师生比约为1∶15，教师和助教负责解答学生在实验过程中遇到的各种问题。理论课的教学目的是让学生理解计算机安全的含义，并能展示计算机安全挑战方面的知识，了解并熟悉该领域的基本概念，展示对计算机（不）安全实践方面的辨别，理解常见的安全威胁，并基本了解应对措施。研讨课旨在提高学生的IT、数学、学习、沟通技能，在系统安全评估方面展示批判性分析能力，展示适用于计算机科学专业人员在评估和设计安全系统方面的技能。实验课旨在帮助学生通过实践的方式掌握计算机安全的基础知识，例如网络安全和漏洞利用等。
北京交通大学计算机科学与技术专业的毕业要求共12条，Web应用基础主要支撑毕业要求的第5条的5.1和第9条的9.1，分别为：5.1 能够熟练运用程序设计方法、环境与工具，包括软件开发集成环境、实验数据分析工具、模拟与仿真工具等；9.1 能够理解尊重个人权利与利益的重要性，理解个人、团队、社会的关系，理解个人和团队的利益统一性，以及团队不同成员及负责人的作用。课程教学顶层设计过程为：首先根据课程支撑的毕业要求指标点确定课程的教学目标，主要包括基础目标和进阶目标两大类。然后通过精选案例、课程项目有机融合，明确其对教学目标的支撑作用，将相关知识点融入课程项目，让学生更好地掌握Web开发技术，并能初步应用于解决计算机科学与工程领域的复杂工程问题。该课程共32学时，其中理论和实践各占16学时。
2.2 教学环节设置
2.2.1 华威大学：理论课+实验课+研讨课
理论课主要采用案例式教学方式进行理论知识教学。前5周主要是基本计算机安全介绍。这将涵盖安全领域的许多重要概念，例如简要历史、安全和安全威胁、实用措施（例如身份识别、身份验证、授权）、安全模型、基础密码学和网络安全。之后5周开始详细调查实际中的安全问题。在本课程的这一部分中，将选择一种可用于提供具体示例和实际探索的领域进行更详细的调查。这将包括一些对相关安全技术的介绍。具体考虑的主题可能会因年份而异，例如，可能会考虑安全电子邮件领域，调查所面临的挑战、实际的威胁和攻击、为保障电子邮件所做/已做的措施、在保障电子邮件中使用密码学的方面等。
实验课是英国大学计算机安全课程开展的主要形式之一，要求学生在计算机安全实验室中使用安全工具和软件进行实验，以掌握各种安全技术和概念。实验课通常由一名讲师和几名助教组成，讲师会介绍实验的背景和目的，讲解实验步骤和技术细节，而助教则会提供实验指导和技术支持，帮助学生解决实验中遇到的问题和困难。实验过程中，学生需要使用各种安全工具和软件，例如Wireshark、Nmap和Metasploit等，来分析和攻击网络流量。这些工具和软件提供了学生实践的机会，让他们能够深入了解网络安全和漏洞利用的技术细节，同时也帮助他们掌握一些基本的安全工具的使用方法。实验课覆盖多个实验内容和评分项目。例如，其中一个实验是寻找操作系统中的漏洞。教师提供了一个Linux系统镜像，其中包含教师设定的多种漏洞和系统自带的漏洞。实验的目标是鼓励学生运用该课程所教授的知识和操作系统课程所学的Linux使用方法，独立探索教师提供的Linux系统镜像中存在的漏洞。此外，学生需要编写实验计划和报告，以明确实验的目标和步骤，并记录实验结果和结论。通过编写实验报告，学生可以加深对实验过程和结果的理解，并提高他们的写作和表达能力。综上所述，英国大学的计算机安全实验课采用多种形式，旨在培养学生的实践能力和团队合作精神，以帮助学生掌握计算机安全知识和技能。
研讨课也是计算机安全课程开展的组成形式之一，要求学生参与到讨论中，分享自己的经验和观点，以加深对计算机安全领域的理解和认识。研讨课通常由助教主持，学生需要准备一些主题和问题，以供讨论和交流。另外，在研讨课中助教还会讲解和订正课后作业，对学生们的问题进行答疑。研讨课还包含学生演示环节，要求学生以小组为单位，学生2～3人为一组，在课上使用安全工具和软件进行演示，并讨论分析各种安全技术和概念的应用场景和效果。演示课通常由学生自行策划和组织，学生需要提前利用1周的时间准备演示主题和场景，以供演示和展示。最后，独立研究是一种自主学习和研究计算机安全领域的形式，要求学生选择一个独立研究主题，进行研究和实践，最后根据自己的独立研究课题，撰写研究报告。
2.2.2 北京交通大学：理论课+课程项目
理论课主要支撑基础目标和少部分进阶目标。理论知识教学主要采用案例式教学，通过编程实例教授HTTP协议、JavaScript语言、CSS等知识点。理论课的讲授也在机房进行，采用边学边练的方式，对这些独立知识点进行强化训练，使学生能验证、巩固和补充课堂讲授的理论知识。
课程项目主要面向进阶目标，学生分组进行。课程项目要求学生3～4人为一组，可选的课程项目题目有：个人主页设计、班级管理系统、辅导员工作管理系统、社团活动管理系统、企业主页设计、产品管理系统等[1]。各组查阅资料，编写程序，撰写项目研究报告并制作项目结题汇报用PPT，课程项目中均涉及到登录注册、信息发布、资料下载、留言交流等功能模块，为后续课程设计、生产实习和毕业设计等环节奠定编程能力基础。
2.3 多角度评价达成情况
华威大学计算机科学专业计算机安全课程的学生成绩由结课考试、实验、研讨三部分组成。实验过程中为了保证公平性，所有学生实验的对象都是同一个系统镜像，因此包含的漏洞是相同的。为了培养学生的独立探索能力并降低抄袭等不良行为的影响，该实验的评分标准巧妙地设定为根据漏洞的稀有程度评分。即找到某个漏洞的学生数量越多，因寻找该漏洞而获得的评分相对越低。如果某个漏洞仅被少量学生发现，那么该漏洞的评分价值就更高。实验报告通常是实验成绩的重要组成部分，可以反映学生对安全知识和技术的理解和掌握程度。研讨课成绩主要由课后作业、演示环节和独立研究报告等部分组成。
北京交通大学计算机科学与技术专业Web应用基础课程的学生成绩由结课考试、课程项目两部分成绩构成。课程项目成绩依据研究报告、项目程序代码和汇报情况综合评定。根据教学大纲和考试评定方式，课程组还确定了课程目标与考核内容的对应关系，计算出了各教学目标的达成度评价值，该评价值可以进一步支撑毕业要求达成度的计算。
3 “产出导向”课程教学的对比分析